Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Холинолитическая активность - новый аспект антиаритмического действия при суправентрикулярных аритмиях типа мерцания и трепетания

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Федоров, Вадим Валериевич, Москва

ИНСТИТУТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ КАРДИОЛОГИИ РОССИЙСКОГО КАРДИОЛОГИЧЕСКОГО НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОГО КОМПЛЕКСА МЗ РФ

На правах рукописи

Федоров Вадим Валериевич

ХОЛИНОЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ - НОВЫЙ АСПЕКТ АНТИАРИТМИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ПРИ СУПРАВЕНТРИКУЛЯРНЫХ АРИТМИЯХ ТИПА МЕРЦАНИЯ И

ТРЕПЕТАНИЯ.

03.00.13. - физиология человека и животных

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: член-корреспондент РАН, доктор биологических наук, профессор Л.В. Розенштраух

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................5

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.......................................................10

1.1. Формирование и распространение

возбуждения в предсердиях.............................................................10

1.1.1.Синусовый узел: его структура и функции.................................10

1.1.2.Характер активации предсердий................................................11

1.1.3. Электрофизиологические аспекты формирования

возбуждения в сердце...............................................................15

1.2. Механизмы сердечных аритмий......................................................23

1.2.1. Нормальная автоматия сердца................................................23

1.2.2. Аномальная автоматия...........................................................24

1.2.3. Триггерная активность........................ ...................................24

1.2.4.Нарушение проведения импульса в предсердиях........................25

1.2.5. Циркуляция волны возбуждения.............................................27

1.3. Парасимпатическое влияние в предсердиях............... ........................31

1.3.1. Парасимпатическая иннервация предсердий................................31

1.3.2. Молекулярные и клеточные механизмы действия ацетилхолина...32

1.3.3. Антиаритмические эффекты ацетилхолина.................................34

1.3.4. Аритмогенное действие ацетилхолина, связь с

фибрилляцией предсердий...................... .................................35

1.3.5. Различия в холинергических воздействиях,

роль нейропептидов..............................................................37

1.4. Классификация антиаритмических препаратов

и механизмы их действия........................................................38

1.4.1. Классификация антиаритмических веществ

по Vaughan Williams..............................................................38

1.4.2. Подход Сицилианского Гамбита...............................................42

1.4.3. Механизмы антиаритмического действия препаратов в

экспериментальных моделях фибрилляции предсердий..............44

1.4.4. Нибентан - первый отечественный антиаритмический

препарат III класса..............................................................46

1.5. Резюме.........................................................................................49

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ......................................................50

2.1 Опыты на изолированном правом предсердии кролика........................50

2.2. Опыты на синусовом узле кролика..................................................51

2.3. Опыты на изолированных предсердных миоцитах крысы...................53

2.4. Опыты на собаках in vivo...............................................................54

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ............................................65

3.1. Микроэлектродные исследования антихолинергического действия нибентана на изолированном правом предсердии кролика....................65

3.2. Микроэлектродные исследования действия нибентана

на синусовом узле кролика..............................................................69

3.3. Действие нибентана на ацетилхолин активируемый калиевый

ток в одиночных кардиомиоцитах крысы...........................................78

3.4. Влияние нибентана на сердечный ритм и характер активации

предсердий в опытах на собаках in situ............................................81

3.5. Исследование действия нибентана в экспериментальной

модели ваготонической фибрилляции предсердий у собак...................87

3.6. Эффективность нибентана в предотвращениие развития фибрилляции предсердий, вызываемой у собак введением ацетилхолина в артерию синусового узла.........................................102

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.............................................111

4.1. Роль холинолитической активности в механизме действия антиаритмических препаратов III класса, на примере нибентана........111

4.2.Характер отрицательного хронотропного действия нибентана в предсердиях млекопитающих in vitro и in vivo.................................115

4.3.Механизм антиаритмического действия нибентана в экспериментальной модели ваготонической фибрилляции предсердий у собак..................120

4.4.Механизм антиаритмического действия нибентана в модели холинергической фибрилляции предсердий, вызываемой

введением ацетилхолина в артерию синусового узла.............................126

4.5. Использование моделей холинергической фибрилляции предсердий

для оценки эффективности антиаритмических препаратов...............129

ВЫВОДЫ............................................................................................132

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................133

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.....................................................................135

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АВУ - атрио-вентрикулярный узел АСУ - артерия синусового узла АТФ - аденозинтрифосфат АцХ - ацетилхолин ВС - вагусная стимуляция ДВ - длина волны возбуждения

ДПД90 длительность потенциала действия на уровне 90% реполяризации

ДПЦ - длительность предсердного цикла вовремя фибрилляции предсердий

МДД - медленная диастолическая деполяризация

МДП - максимальный диастолический потенциал

МИ - межстимулиционный интервал

ФП - фибрилляция предсердий

ПД - потенциал действия

СП - скорость проведения

СУ - синусовый узел

ПЭРП - предсердный эффективный рефрактерный период ЖЭРП - желудочковый эффективный рефрактерный период Утах - максимальная производная фронта нарастания ПД

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования.

Фибрилляция предсердий (ФП) является наиболее часто встречаемым заболеванием сердца, которым страдает 0,9% всех жителей развитых стран [Feinber et al., 1995]. Хотя структурные изменения миокарда встречаются в большинстве случаев при этом заболевании, ФП может возникать в нормальном сердце, в особенности среди молодых пациентов [Prystowsky et al., 1996]. В настоящее время установлено, что одной из причин возникновения ФП может служить повышенный тонус блуждающих нервов [Coumel, 1992; Hohnloser et al., 1994].

Долгое время препараты I класса по классификации Vaughan - Williams (1970, 1984) были основными средствами для лечения этого заболевания. Однако в исследованиях последних лет, в том числе в многоцентровых, показано, что применение некоторых препаратов IA и 1С классов помимо прямого антиаритмического действия, не только не снижает, но и может увеличивать смертность больных как с желудочковыми аритмиями, так и с ФП [Colpen et al., 1990; Echt et al., 1991; Falk, 1992; CAST II, 1992] Кроме того, различные экспериментальные и клинические исследования действия антиаритмиков при ФП свидетельствуют о более высокой антиаритмической эффективности препаратов III класса по сравнению с I [Feld et al., 1986; Rensma et al., 1988; Edvarson, 1993, Cha et al., 1996]. Таким образом, антиаритмическая терапия лечения ФП в последние годы больше направлена на применение препаратов III класса [Nattel et al., 1994; Sager, 1999], антиаритмический эффект которых связан с увеличением длительности потенциалов действия (ПД) сердечных клеток в основном за счет подавления выходящего калиевого тока задержанного выпрямления Ок) [Nair and Grant, 1997].

Общепризнанно, что течение ФП определяется механизмом циркуляции волны возбуждения или reentry [Мое et al., 1964; Allessie et al., 1985]. В экспериментальных условиях вагусная стимуляция (или непосредственное воздействие ацетилхолина) вызывает неоднородное укорочение предсердного рефрактерного периода и длины волны (ДВ) возбуждения, создавая, таким образом, условия, необходимые для возникновения и поддержания reentry [Allessie et al., 1984; Rensma et al., 1988]. В разных экспериментальных моделях

ваготонической ФП антиаритмики III класса, такие как соталол, амбазилид и MS-551, показали высокую эффективность. [Wang et al. 1994, Hayashi et al 1998], которая в основном объяснялась значительным увеличением ДВ возбуждения за счет прироста рефрактерности.

Исследования последних лет показали, что некоторые антиаритмики III класса, такие, как соталол, MS-551, Е-4031 и амбазилид, обладают антихолинергическим эффектом, т.е. они ингибируют активируемый ацетилхолином калиевый ток Ок.асьХ блокируя мускариновые холинорецепторы (М2) или/и непосредственно калиевый канал [Mori et al., 1995; Zaza et al., 1995]. Возможно, именно подавлением IicACh объясняется более высокая антиаритмическая эффективность препаратов III класса, обладающих антихолинергическим действием при купировании холинергической ФП [Wang et al., 1994; Hayashi et al., 1998]. Тем не менее значение холинолитической активности в механизме антиаритмического действия новых препаратов III класса не исследовано.

Нибентан (1М-(4-нитробеизоил)-М' ,N'-диэтил-1 -фенил-1,5-пентандиамина

гидрохлорид) является первым отечественным препаратом III класса [Глушков Р.Г. с соавт., 1998]. Нибентан увеличивает длительности ПД кардиомиоцитов рабочего миокарда и проводящей системы Гиса-Пуркинье, не изменяя скорости нарастания фронта ПД [Розенштраух Л.В. с соавт., 1995]. Следствием этого является увеличение рефрактерности без изменения скорости проведения импульса по предсердиям и желудочкам. Нибентан также вызывает замедление сердечного ритма; природа такого брадикардического действия остается не ясна. Исследования на изолированных кардиомиоцитах показали, что нибентан подавляет калиевый ток задержанного выпрямления [Богданов К.Ю. с соавт., 1997]. В клинических испытаниях нибентан показал исключительно высокую антиаритмическую активность при купировании суправентрикулярных аритмий, типа мерцания и трепетания предсердий [Руда М.Я. с соавт., 1996; Майков Е.Б. с соавт., 1996]. Однако механизм антиаритмического действия нибентана до конца не выяснен. Возможно, кроме действия на 1к нибентан так же, как и некоторые антиаритмики III класса, обладает антихолинергическим действием, которое может играть важную роль в его антиаритмической эффективности при купировании ФП.

Цель исследования.

Изучить антихолинергическое действие нибентана в предсердиях млекопитающих и механизмы его антиаритмической эффективности на различных холинергических моделях ФП.

Задачи исследования.

1. С помощью микроэлектродной техники исследовать влияние нибентана на параметры ПД волокон рабочего миокарда предсердий и синусового узла кролика в норме и во время холинергической стимуляции карбахолом.

2. На изолированных одиночных предсердных клетках крысы исследовать влияние нибентана на активируемый карбахолом ток 1к.ась с помощью метода фиксации потенциала.

3. Применить модели холинергической ФП у собак в условиях сердца in situ для оценки антиаритмической эффективности нибентана и изучения его механизма действия.

4. С помощью метода электрофизиологического картирования сердца собаки проанализировать причины прекращения и предотвращения холинергических ФП под действием нибентана.

5. Провести исследование действия нибентана на электрофизиологические параметры сердца собаки in situ в зависимости от частоты сердечного ритма в норме и во время вагусной стимуляции.

6. Изучить методом картирования влияние нибентана на замедление ритма и локализацию водителя ритма у наркотизированных собак в норме и во время вагусной стимуляции.

Научная новизна.

1.В работе впервые показано, что антиаритмик III класса нибентан в диапазоне концентраций, селективно увеличивающих длительность ПД, обладает выраженным антихолинергическим действием. Антихолинергическое действие нибентана связано с подавлением активируемого ацетилхолином калиевого тока 1к.ась-

2. Нибентан в диапазоне клинических доз прекращал ваготоническую ФП и предотвращал ее повторное возникновение. Картирование эпикардиальной

поверхности предсердий показало, что под действием нибентана происходило уменьшение числа и увеличение размеров функциональных контуров циркуляции возбуждения; когда их размер достигал критической величины, возбуждение блокировалось и ФП прекращалась. Эффективность нибентана в прекращении холинергической ФП связана со значительным увеличением рефрактерности во время быстрого предсердного ритма на фоне постоянной стимуляции блуждающих нервов, что делало невозможным существование циркуляции волны возбуждения по предсердиям.

3.Впервые эффективность антиаритмического препарата исследовалась на модели спонтанной ФП, возникающей при введении АцХ в артерию синусового узла. В данной экспериментальной модели ФП нибентан показал высокую антиаритмическую эффективность, связанную как со значительным увеличением рефрактерности в предсердиях, так и с прямым антихолинергическим действием в клетках синусового узла.

4.Впервые показано, что действие нибентана на рефрактерность предсердий и желудочков не зависит от частоты ритма.

5. Установлено, что замедление спонтанной активности под действием нибентана связано с увеличением длительности ПД клеток синусового узла, а при высоких концентрациях также с уменьшением скорости медленной диастолической деполяризации. В условиях холинергической стимуляции нибентан вызывал значительно меньшее замедление ритма, чем в отсутствии парасимпатической активности.

6.Впервые с помощью метода картирования проведен анализ изменений в локализации водителя ритма и характере активации предсердий под действием антиаритмика III класса, на примере нибентана. Было обнаружено, что в некоторых случаях под действием нибентана могут происходить изменения в локализации водителя ритма, которые, по-видимому, связаны с отрицательным хронотропным действием препарата. Вызванный нибентаном сдвиг водителя ритма укладывается в области расположения источников автоматии в физиологическом диапазоне изменений предсердного ритма и не приводит к значительному изменению полного времени активации предсердий.

Теоретическая и практическая значимость.

Теоретическая значимость представленных результатов определяется существенным вкладом, который на примере нибентана внесен в понимание важности различных механизмов действия препаратов III класса для их антиаритмической эффективности при лечении ФП. Исследование продемонстрировало, что антихолинергическое действие может являться существенным компонентом антиаритмической эффективности нибентана. Анализ хронотопографии возбуждения в момент окончания холинергической ФП в сердце собаки in situ может иметь практическую и теоретическую значимость для разработки новых подходов в клинической практике лечения нейрогенных аритмий. Изучение влияния нибентана на автоматию синусового узла в опытах in vitro и in vivo позволяет лучше понять причины хронотропных воздействий антиаритмиков III класса. Практическая значимость работы также связана с применением моделей ФП, имеющих функциональную природу, которые могут быть использованы для тестирования и исследования новых антиаритмических препаратов.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ ПО ПРЕДСЕРДИЯМ.

1.1.1. Синусовый узел: его структура и функции.

Возбуждение в сердце в нормальных физиологических условиях всегда возникает в синусовом (синоатриальном) узле (СУ) и распространяется по миокарду, вызывая сокращение всего сердца. У млекопитающих СУ располагается в области устья верхней полой вены и пограничного гребешка, а размеры СУ коррелируют с размером тела животных [Opthof et al., 1987]. У человека и собаки синусовый узел находится в стенке правого предсердия несколько латеральнее устья верхней полой вены, в пограничной борозде (sulcus terminalis). James (1961) указал размеры СУ взрослого человека: 10-18 мм -длина; 3-5 мм - ширина центральной части; 1-2 мм толщина. У собаки размеры СУ имеют близкие к человеку значения [James, 1962]. Синусовый узел снабжается кровью из довольно крупной артерии (артерия синусового узла, АСУ), которая в большинстве случаев берет начало от правой коронарной артерии; реже она отходит от левой коронарной артерии [Михайлов, 1987]. АСУ обычно пересекает СУ и имеет анастомозы с веточками других коронарных артерий [James et al., 1962]. В отличие от крупных млекопитающих СУ кролика располагается на эндокардиальной поверхности сердца, в межвенной области правого предсердия, в 0,5 - 2 мм от середины пограничного гребешка (crista terminalis) [Masson-Pevet et al, 1982; Opthof et al., 1987].

В 1955 году West с помощью микроэлектродных отведений показал, что клетки СУ могут сильно отличаться друг от друга по форме потенциалов действия. Морфологически, синусовый узел также не является гомогенной структурой [Bleeker et al., 1980; Masson-Pevetet et al., 1982; Verheijc et al., 1998]. Ткань СУ содержит много коллагена (50% объема у кролика и до 90% у кошки), внутри которого лежат специфические клетки СУ [Opthof et al., 1987]. Bleeker с соавт.(1980) показали, что в центральной части СУ кролика расположена так называемая "компактная зона" истинно пейсмекерных (доминантных пейсмекерных, Р-клетки) клеток площадью 0,1 мм2, содержащая приблизительно 5000 клеток, обладающих наибольшим наклоном МДД и возбуждающихся раньше рабочего миокарда. Большая часть синусового узла состоит из латентных

пейсмекерных клеток (transitional cells). Они занимают промежуточное (переходное) положение между истинными пейсмекерами и раб�